최근 화석 연료의 고갈과 환경오염, 지구 온난화와 같은 환경 문제가 심각해지고, 증가하는 에너지 수요로 인해 친환경⋅신재생 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 다양한 신재생 에너지 중 태양전지는 친환경성, 지속 가능성으로 인해 화석 연료의 대안으로서 많이 연구되어 왔다. 하지만, 태양전지는 일반적으로 600 ~ 1000 V의 전압 출력을 구축하기 위해 직렬로 연결되고, 모듈 프레임과 태양전지 사이에 인가되는 고전압에 의해 발생하는 PID (Potential-induced degradation)에 의해 최대 출력, 효율, 장기적 안정성․신뢰성이 저하된다는 단점을 가지고 있다.모듈 수준에서 볼 수 있는 PID의 원인은 태양전지 모듈의 상단 유리로 사용되는 소다 석회 유리 내에 존재하는 Na+의 확산에 의한 것이다. 모듈 프레임과 태양전지 사이에 인가되는 고전압에 의해 상단 소다 석회 유리 내에 포함되어 있는 Na+ 이온이 반사방지막 (ARC, Anti-reflection coating)과 태양전지의 n-type emitter 계면, 태양전지 내부의 적층결함까지 확산되고 축적된다. 축적된 Na+는 n-type emitter의 일부 영역을 p-type으로 변환시키고, 광 생성 전자의 이동을 방해하여 태양전지 모듈의 최대 출력 및 효율을 저하시킨다. 이러한 PID 현상은 하단 back sheet를 통한 수분 침투에 의해 더욱 가속화된다. 높은 온도 및 습도의 환경은 하단 back sheet를 통한 수분 유입을 유도한다. 유입된 수분에 의해 Na+의 확산이 증가하고 결국 PID가 가속화된다. 뿐만 아니라, 수분은 EVA (Ethylene-vinyl acetate)를 부식시켜 아세트산과 휘발성 가스를 발생시킨다. 이로 인해, 모듈의 박리가 발생하고, 금속 전극을 부식시키는 등의 추가적인 성능 저하가 유도된다. 따라서, 본 연구는 기존 태양전지 모듈의 구성요소를 유지하면서, PID를 방지하기 위한 유/무기 투습 방지막을 하단 back sheet에 적용하였다.본 연구에서 적용한 유/무기 투습 방지막은 Al2O3와 silamer (silane-based polymer)로 구성되었다. ALD (Atomic layer deposition)로 증착된 Al2O3는 수분 확산 방지 특성을 가진 물질로 많이 연구되어 왔다. 하지만 비정질 Al2O3는 물에 의한 부식에 취약하여 고온 다습의 열악한 환경에서 결정질로의 상변화가 발생하여 수분 확산 방지 특성을 잃는다. 따라서 추가적으로 silamer를 이용하여 Al2O3를 보호하도록 하였다. Spin coating된 silamer는 back sheet의 거친 표면을 평탄화하여 Al2O3가 최대한 균일하게 증착 되도록 하였고, Al2O3와 Al-Si-O 결합을 형성하여 투습 방지 특성을 향상시켰다. 그 결과, electrical Ca-test를 통해 silamer/Al2O3/silamer로 이루어진 유/무기 투습 방지막은 85°C / 85% 상대습도의 환경에서 16 시간의 lag time과 17 시간의 life time을 나타내었고, 1.36×10-4 g/m2․day의 transient WVTR (Water vapor transmission rate) 값과 1.44×10-2 g/m2․day의 steady state WVTR 값을 나타내었다. 또한, La(OH)3를 이용한 초소수성 층을 도입하여 수분과의 접촉을 줄임으로써 투습 방지 특성을 향상시키고자 하였다. La(OH)3와 같은 희토류 화합물은 부식에 대해 강한 억제성을 가져 금속 기판의 내식성을 크게 향상시킬 수 있다고 보고되어 있다. 본 연구에서는 sol-gel 법으로 합성된 La(OH)3를 스프레이로 분사하여 La(OH)3 층을 코팅하였고, Stearic acid로 표면 개질을 하여 초소수성 표면을 형성하였다. 그 결과, 초소수성에 의해 투습 방지 특성이 향상될 것이라는 기대와 달리, 용액에 샘플을 침수시켜 진행하는 표면 개질 과정에 의해 투습 방지 특성이 감소하였다. SA (stearic acid)-La(OH)3/silamer/Al2O3/silamer로 이루어진 유/무기 투습 방지막은 85°C / 85% 상대습도의 환경에서 3 시간 이상의 lag 및 life time을 나타냈으며, 4.38×10-4 g/m2․day의 transient WVTR 값과 4.41×10-2 g/m2․day의 steady state WVTR 값을 나타내었다.
Crystalline Si solar cells have been studied as an alternative to fossil fuels due to their eco-friendliness and sustainability. However, solar cells are generally connected in series to build a voltage output of 600 ~ 1000 V, and a high voltage is applied between the module frame and the solar cell. High voltage generates PID (Potential-induced degradation) that lowers maximum output, efficiency, and long-term reliability of a solar cell. The cause of PID is the diffusion of Na+ contained in the glass of the solar cell module, and PID is accelerated by moisture penetration through the back sheet.In this study, an organic/inorganic moisture barrier was applied to the back sheet to prevent PID, and Al2O3 and Silamer were used as the moisture barrier. The silamer was spin coated and Al2O3 was deposited by thermal ALD. The moisture barrierr was composed of a silamer/Al2O3/silamer structure, and the silamer under Al2O3 flattened the rough surface of the back sheet so that Al2O3 was deposited uniformly. Although Al2O3 acts as a practical barrier to moisture permeation, it has a disadvantage in that a phase change to crystalline may occur in a high temperature and high humidity environment. Therefore, the stability of Al2O3 was improved by coating silamer on Al2O3. As a result, through the electrical Ca-test, it showed a lag time of 16 hours and a life time of 17 hours in an environment of 85°C / 85% relative humidity. And it showed transient WVTR of 1.36×10-4 g/m2․day and steady state WVTR of 1.44×10-2 g/m2․day.In addition, by introducing a superhydrophobic layer using La(OH)3 to reduce contact with H2O, it is intended to improve moisture permeation prevention properties. In this study, La(OH)3 synthesized by the sol-gel method was sprayed to coat the La(OH)3 layer, and the surface was modified with stearic acid to form a superhydrophobic surface. As a result, the moisture permeation prevention property was reduced by the surface modification process performed by immersing the sample in the solution. The organic/inorganic moisture permeation barrier made of SA (stearic acid)-La(OH)3/silamer/Al2O3/silamer showed a lag and life time of more than 3 hours in an environment of 85°C / 85% relative humidity. And it showed transient WVTR of 4.38×10-4 g/m2․day and steady state WVTR of 4.41×10-2 g/m2․day.